质子还可以包含一个粲夸克，后者质量原本是质子的 1.5 倍

新的研究表明，质子可能比我们想象的更有“魅力”。

质子是构成原子核的亚原子粒子之一。它们由更小的基本粒子组成，那被称之为夸克。夸克有多种“风味”或类型：上、下、奇异、粲(魅)、底和顶。

通常，质子被认为由两个上夸克和一个下夸克组成。但一项新的研究发现它比这更复杂。

质子还可以包含一个粲夸克，其质量是质子本身的 1.5 倍。更奇怪的是，当质子包含粲夸克时，后者只会携带大约一半的质子质量。

这一发现归结为量子物理学的概率机制。粲夸克虽然很重，但它在质子中出现的机会很小，所以质量大和小机会基本上是相互抵消的。

换句话说，即使粲夸克存在，粲夸克的全部质量也不会被质子占据。

尽管质子是构成所有物质的原子结构的基础，但它们也非常复杂。

米兰大学的物理学家Stefano Forte在科学播客Nature Briefing 里告诉听众，物理学家实际上并不知道质子的基本结构。量子物理学认为，除了已知存在的上下夸克之外，其他夸克可能会不时出现在质子中，

Forte是8月17日发表在《自然》上的新论文的合著者，该论文展示了质子中存在粲夸克的证据。

夸克有六种。三个比质子重，三个比质子轻。粲夸克是重夸克中最轻的，因此研究人员想从那个粲夸克开始，以确定质子是否可以包含比自身重的夸克。他们采用新的方法，分析了过去35年里的粒子粉碎数据。

为了破解亚原子和基本粒子的结构，研究人员在位于日内瓦附近的世界上最大的原子粉碎机——大型强子对撞机等粒子加速器上以极快的速度相互抛射粒子。

与非营利组织 NNPDF 合作的科学家们收集了可追溯到1980年代的粒子粉碎数据，其中包括光子、电子、μ子、中微子甚至其他质子撞击质子的实验示例。

通过观察碰撞产生的碎片，研究人员可以重建粒子的原始状态。

在这项新研究中，科学家们将全部碰撞数据交给一种机器学习算法，算法旨在寻找模式，而无需对结构的外观有任何先入为主的概念。

该算法返回可能的内部结构数据以及实际存在的概率。

Forte告诉 Nature Briefing，这项研究发现，粲夸克存在的机会“很小但并非微不足道”。 Forte说，证据水平不足以让研究人员宣布在质子中发现了粲夸克，但是它可能存在的“第一个明确证据”。

Forte说，质子的结构很重要，因为要找到新的基本粒子，物理学家必须发现理论图形和实际观察结果之间的微小差异。这需要对亚原子结构进行极其精确的测量。

目前，物理学家仍然需要更多关于质子内难以捉摸的“魅力”的数据。伊利诺伊州巴达维亚费米实验室的理论物理学家Tim Hobbs告诉《科学新闻》，未来的实验，例如计划在纽约厄普顿布鲁克海文国家实验室的电子离子对撞机，可能会有所帮助。

https://www.sciencealert.com/protons-could-contain-a-smaller-particle-that-is-heavier-than-the-proton-itself

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